افزایش بازدهی تولید هیدروژن سبز تا ۱۰ برابر با استفاده از باکتری‌ها

در دنیای امروز، تولید انرژی پاک و پایدار به یکی از اولویت‌های مهم برای مقابله با بحران تغییرات اقلیمی تبدیل شده است. یکی از منابع نویدبخش در این مسیر، هیدروژن سبز است که به‌ طور مستقیم از آب و با استفاده از انرژی خورشیدی تولید می‌شود. اما چالش‌های بزرگ مانند هزینه بالا و وابستگی به سوخت‌های فسیلی برای تولید هیدروژن هنوز وجود دارد.

به‌تازگی، تیمی از محققان دانشگاه آکسفورد پیشرفت‌های چشمگیری در این زمینه داشته‌اند و روشی نوین برای تولید هیدروژن سبز از نور خورشید به کمک باکتری‌های مهندسی‌شده ارائه داده‌اند. در این گزارش، این رویکرد جدید را بررسی خواهیم کرد.

تولید هیدروژن از نور خورشید با کمک باکتری‌ها

محققان دانشگاه آکسفورد به روشی نوین برای تولید هیدروژن سبز دست یافته‌اند که شامل استفاده از باکتری‌های مهندسی‌شده به نام «نانوراکتورهای هیدروژنی» است. این باکتری‌ها توانایی تولید هیدروژن را از آب و نور خورشید دارند و می‌توانند انرژی پاکی را بدون تولید کربن تأمین کنند.

فرایند تولید هیدروژن سبز به‌ طور سنتی نیاز به منابع انرژی تجدیدپذیر دارد تا مولکول‌های آب شکسته شوند، اما این روش معمولاً هنوز به سوخت‌های فسیلی وابسته است و به ازای هر کیلوگرم هیدروژن تولید‌شده، حدود ۱۱.۵ تا ۱۳.۶ کیلوگرم دی‌اکسید کربن وارد جو می‌کنند.

به همین دلیل، تیم تحقیقاتی آکسفورد تصمیم گرفتند گونه‌ای از باکتری‌ها به نام Shewanella oneidensis را اصلاح ژنتیکی کنند. این باکتری‌ها به‌ طور طبیعی قادرند الکترون‌ها را از یا به سطح بیرونی سلول منتقل کنند و به همین دلیل برای تولید هیدروژن مناسب هستند.

روش جدید؛ مهندسی باکتری‌ها برای بهبود عملکرد

محققان باکتری‌ها را طوری مهندسی کردند که سه جزء کلیدی، شامل الکترون‌ها، پروتون‌ها و آنزیم هیدروژناز را در یک بخش خاص از سلول به نام فضای پری‌پلاسمیک متمرکز کنند. این فضای ویژه میان دو غشای سلولی باکتری قرار دارد و با قرار دادن اجزای ضروری در این بخش، بازده تولید هیدروژن به طرز قابل توجهی افزایش می‌یابد.

علاوه بر این، برای بهبود بیشتر فرایند، تیم تحقیقاتی یک پمپ الکترونی فعال‌شده با نور خورشید به باکتری‌ها اضافه کردند. این پمپ از نور خورشید برای انتقال پروتون‌ها به فضای پری‌پلاسمیک استفاده می‌کند و مواد لازم برای تولید هیدروژن را فراهم می‌کند. همچنین، برای افزایش بیشتر انتقال الکترون، نانوذرات اکسید گرافن و سولفات آهن به سیستم اضافه شد.

نتایج چشمگیر؛ افزایش ۱۰برابری در بازده تولید هیدروژن

این تغییرات منجر به افزایش بازده تولید هیدروژن تا ۱۰ برابر نسبت به باکتری‌های اصلاح‌نشده شد. محققان معتقدند این سیستم می‌تواند به مقیاس‌های بزرگ‌تر گسترش یابد و به تولید «برگ‌های مصنوعی» منجر شود که در معرض نور خورشید، به‌ طور خودکار هیدروژن تولید می‌کنند. این برگ‌های مصنوعی که به کمک باکتری‌های مهندسی‌شده پوشیده شده‌اند، می‌توانند در مقیاس صنعتی برای تولید هیدروژن از نور خورشید به‌ کار گرفته شوند.

به نقل از IE، این پیشرفت در زمینه تولید هیدروژن سبز با استفاده از باکتری‌های مهندسی‌شده، نه‌تنها پتانسیل کاهش هزینه‌ها را دارد، بلکه یک گام بزرگ به سوی تولید انرژی پاک و پایدار است. به کمک این فناوری، می‌توان به تولید هیدروژن سبز بدون نیاز به سوخت‌های فسیلی و با استفاده از منابع تجدیدپذیر دست یافت.

محققان امیدوارند این روش به تغییرات اساسی در فرایند تولید انرژی کمک کند و در نهایت به انتقال به سمت آینده‌ای با انتشار کربن صفر منجر شود. در نهایت، این نوآوری می‌تواند به راه‌حل‌هایی محیط‌زیستی و اقتصادی برای تولید انرژی پاک در سطح جهانی تبدیل شود.

اخبار حوزه محیط‌زیست و تغییرات اقلیمی را در صفحه اقتصاد سبز تجارت‌نیوز بخوانید.